MRI对活体人脑线粒体的个体化图谱绘制揭示出生物能量缺陷的特征

线粒体支撑着使脑功能和认知得以实现的生物能量学过程，但迄今我们一直缺乏一种无标记、非侵入性的方法，以探索在人类中脑线粒体如何与衰老、疾病和认知相关联。近期提出的 MitoBrainMap 神经影像框架仅基于磁共振（MR）数据即可预测线粒体特征，有望在细胞生物学与宏观尺度脑组织架构之间架起桥梁。在此，我们检验了该框架是否能够捕捉与年龄和病理相关、具有实际意义的线粒体变异。与既有文献一致，我们发现，MR 预测的线粒体密度和组织呼吸能力均随年龄增长而持续下降；而作为线粒体质量指标的线粒体呼吸能力在整个生命周期中则相对得以保留。此外，我们算法预测的特定线粒体特征之间的关系与其生物学组织方式相一致，这为 MR 预测线粒体特征提供了初步的构念效度支持。在罕见线粒体疾病患者中，预测图谱揭示了线粒体密度和呼吸链组分的区域特异性改变，尤其是预期中的复合体 II 的代偿性上调，而其他由线粒体基因组编码的组分则未见类似变化。最后，基于 MR 的线粒体特征与血液中测得的能量应激标志物 GDF15 以及认知表现指标均相关联，从而将这种对脑线粒体的新型预测与全身性应激和行为联系起来。这些发现提出了第一代无标记、基于神经影像的线粒体映射方法，为观察活体人脑线粒体提供了一个非侵入性窗口。

线粒体支撑着使脑功能和认知得以实现的生物能量学过程，但迄今我们仍缺乏一种无标记、无创的方法，用于在人类中探索脑线粒体如何与衰老、疾病和认知相关联。近期提出的 MitoBrainMap 神经影像学框架仅依赖磁共振数据即可预测线粒体特征，有望在细胞生物学与宏观尺度脑组织之间架起桥梁。在本研究中，我们检验了该框架是否能够捕捉到与年龄和病理相关、具有意义的线粒体变异。与现有文献一致，我们发现，磁共振预测的线粒体密度和组织呼吸容量均随年龄增长而持续下降，而作为线粒体质量指标的线粒体呼吸容量在整个生命周期中则相对得以保留。此外，我们算法预测的特定线粒体特征之间的关系与其生物学组织方式一致，这为磁共振预测线粒体特征提供了初步的构念效度支持。在罕见线粒体疾病患者中，预测图谱显示线粒体密度和呼吸链组分存在脑区特异性的改变，尤其是预期中的复合体 II 的代偿性上调，而其他由线粒体基因组编码的组分则未见类似上调。最后，基于磁共振的线粒体特征不仅与血液中测得的能量应激标志物 GDF15 相关，也与认知表现指标相关，从而将这种对脑线粒体的新型预测与全身性应激和行为联系起来。这些发现提出了第一代基于神经影像、无标记的线粒体图谱绘制方法，为无创观察活体人脑线粒体提供了一个窗口。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.09.730804v1?rss=1

🏷️ 磁共振成像 脑线粒体图谱 脑生物能量学 衰老 线粒体疾病 认知关联